JPS61103277A - 図形シエ−デイング装置 - Google Patents

図形シエ−デイング装置

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JPS61103277A
JPS61103277A JP22392284A JP22392284A JPS61103277A JP S61103277 A JPS61103277 A JP S61103277A JP 22392284 A JP22392284 A JP 22392284A JP 22392284 A JP22392284 A JP 22392284A JP S61103277 A JPS61103277 A JP S61103277A
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Toshihisa Aoshima
青島 利久
Tooru Sakaihara
徹 酒井原
Shigeo Tsujioka
辻岡 重夫
Seiichi Kanema
金間 誠一
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は図形処理装置に関し、特に、三次元図形の処理
における表示物体のシェーディング(陰付寸)に関する
〔発明の背景〕
図形処理装置において、三次元図形をCRT等の表示装
置に表示する場合に9表示された物体に自然な感じを与
えるため、光反射モデルに基づいてシェーディングを行
うことは1周知であり、例えば次のような文献がある。
Bui−Tuong Phoug、 ”Illumin
ation for Con+puter−Gener
ated Pictures”e Communica
tions of ACM。
18 (6) 、 June 1975. pp、 3
11〜317゜J、 D、 Foly、 A、 Van
 Da+m、  “Funda+mentals of
Interactive Computer Crap
hics”、 AddisonVesely Publ
ishing Company。
JaIles  F、  B11nn、”Models
  of  Light  Reflectionjo
r Computer 5ynthesized Pi
ctures”、 5IGGRAPII’77  Pr
oceeding。
詳細は前記文献(特にJ、 D、 Foly他の著書)
しこゆずり1反射モデルによるシェーディングの原理を
以下に概説する。第2図はB11nnが紹介した反射モ
デルであって、育は反射面の単位法線ベクトル、Lは反
射点Pから光源に向かう単位ベクトル。
■は反射点Pから視点に向かう単位ベクトルである。H
はLとVの和の向きの単位ベクトルでありしたがって、
育はτとVのなす角をちょうど部分している。このモデ
ルにおいて、視点側こおける光の強度Iは(1)式で表
わされる。
I = I 、に、+ I 、 <x、(i−で)+に
、(マ・百)”) (1)ただし ■、二周囲光の強度 に、:周囲光反射係数 “〜・      0.8カ、ヵ1..oヵ。9よに4
 :拡散反射係数 に、:直接反射係数 n :物体の表面粗さに依存する量で、数十から数百の
間の値。
なお、″・”記号は内積を表わす。
他方1曲面で囲まれた三次元の表示物体は、まず複数の
バッチ面11〜13と呼ばれる多角形の面からなる多面
体で近似され、この多面体の各頂点には、本来の曲面の
該当する点の単位法線ベクトルが与えられる。第3図に
おいて、表示物体を近似する多面体1は、バッチ面11
〜13で構成され、各頂点1〜4の単位法線ベクトルが
それぞれN□〜N4である。
ここで1表示物体を近似する多面体の各頂点からの光の
強度、すなわち1表示画面上の各頂点1〜4の輝度を(
1)式にて計算し、頂点の輝度からバッチ面11〜13
の各ドツト(画素)の輝度を補間することにより、シェ
ーディングを行うことができる。
ところで、図形各点の法線と光源方向ベクトル    
  1の内積が負になる場合は1面と光源の向きのなす
角度が90度をこえる場合で、第4図に示すように、表
面が見えて裏面には光が当らない場合15と、裏面に光
が当る場合16の2通りが考えられる。従来の装置では
、裏面の表示を考慮していないため、前記2通りの差を
表示できない欠点があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、三次元図形の表示における図形の表裏
の区別を含むシェーディングを行う装置を提供すること
にある。
〔発明の概要〕
(1)式は、2つの内積の関数であり、あらかじめ一連
の内積に対する輝度テーブルを用意し、内積の計算結果
から輝度テーブルを参照するようにする。ここで、輝度
テーブルは、表と裏の材質係数に対応して、最低2組以
上を用意する。予め表と裏に対応して、参照するテーブ
ルの組を選択する表の材質インデックスと、裏の材質イ
ンデックスを設定しておく0表裏の判定は1図形各点の
Z方向の法線ベクトルの正負によって行い1表裏で異な
る材質インデックスを選択するようにする。
また裏の場合は正負を反転した法線ベクトルに対して内
積計算を行う、これにより1表で光の当らない部分と、
裏で光の当る部分の表示も区別して行えるようになる。
第1図は1本発明の実施例の全体構成を示す。
座標変換変換プロセッサ20は、ホストコンピュータ1
oから、近似多面体の各頂点の座標及び単位法線ベクト
ルを受取って、必要に応じて座標の回転、平行移動など
の処理を行う。この処理内容は5本発明と直接の関係は
なく、前掲のFoly他の著書に詳述されている。
プロセッサ20からの線分2面の図形は、その頂点座標
と単位法線ベクトルの形式で、画素発生プロセッサ30
に与えられる。また同時に表と裏の材質インデックスが
与えられる。この材質インデックスは前記の通り、材質
ごとに異なる内容をもつ輝度テーブルの組を選択するも
のである。
41と42と内積計算プロセッサで、画素発生プロセッ
サ30から図形の近似多面体の法線ベクトルマと光源方
向τ、光源・視線中間方向百を入力として、それぞれ内
積(N−L)、(N−H)を計算し、表あるいは裏の材
質インデックスをレジスタ43より受けて、輝度テーブ
ルの参照アドレスを出力する1表裏の判定は、画素発生
プロセッサ30が図形各点の法線ベクトルNを算出した
とき、そのZ成分の正負によって行い、裏の場合は法線
ベクトルNの各成分の正負を反転する。またレジスタ4
3に°表または裏の材質インデックスを設定する。
輝度テーブル51〜56は、前記両内積の各位に対応し
て周囲光反射と拡散反射の和に相当する輝度工、と直接
反射に相当する輝度■1とを赤成分R1緑成分(G)、
青成分(B)に分けて記憶している。
ここにおいて、(1)式では1表示物体から光源が充分
遠くにある場合、■、及び工、は1表示・〜、    
0#″′″r、−a:r、sa“麩6°°”70”5た
がって、(1)式は、第1項及び第2項からなる部分と
第3項との2部分からなり、それぞれの部分を単一の内
積の関数として処理することかできるものである。それ
ぞれ、2つのテーブルを作ればよいことになる。表示物
体が複数個の異なった材質からなる場合には、各材質の
拡散反射係数。
直接反射係数を用いて計算した複数組のテーブルを作れ
ばよい。
本実施例においては、輝度テーブルの内容は、第5図に
示すように、内積の正と負の一連の値に対して記憶され
ており、正の部分は光の当る部分の輝度、負の部分は、
光の当らない部分の輝度成分である。さらに本実施例で
は、16種類の材質係数に対する輝度データの組をテー
ブルに記憶できるようになっており、表・裏の材質イン
デックスはO〜15の値を選択できる。
これらのデータは、光の反射モデルによって予め計算し
た表裏のデータである。一つ一つのデータはテーブルの
プレーン511に記憶されている。      1プレ
ーンは材質毎に256ケ並んでいる。この256ケのプ
レーンは、表・裏夫々に128ケずつ割り当てられ、内
積を0から1まで等分した時の輝度を順に記憶している
輝度テーブル51〜56から読出された輝度情報は、各
色成分ごとに、加算器61〜63によって和がとられ、
近似多面体の頂点の輝度を求め。
近似多面体の各々の面であるパッチ面の各ドツトの輝度
を頂点の輝度から補間して求めフレームバッファ71〜
73に書込む。パッチ面各ドツトの輝度の補間およびフ
レームバッファへの書込み処理については、前掲のFo
ly他の著書に詳述されている。
フレームバッファから、DA変換器81〜83を経てC
RTモニタ9の輝度を制御し、シェーディングが実現さ
れる。
本実施例によれば、輝度テーブルの参照により、各画素
ごとの内積が得られた後は、(1)式の演算を逐−行う
場合に比べ処理が高速化すると共に、表で光の当らない
点と、裏で光の当る点の表示を区別して行えるようにな
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、図形各点の表裏の判定により、参照す
る輝度テーブルの組を選択できるので、光の当たる点と
当らない点、表と裏を区別した表示が高速に行える利点
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の全体構成図、第2図は光の反射
モデルの模式図、第3図は表示近似多面体を示す図、第
4図は面の表裏と光の関係を示す図、第5図は輝度テー
ブルの詳細説明図である。 30・・・画像発生プロセッサ、41,42・・・内積
計算プロセッサ、51〜56・・・輝度テーブル。 猶 3 品 ¥ 4 目 v 5  図 手続補正書(方式) 事件の表示 昭和59 年特許願第 223922  シJ。 発明の名称 図形シェーディング装置 補正をする者 11件との関係 特許出願人 名  弥   ′51Q1株式会it、   日  立
  製  作  折代   理   人 補正の対象  明細書の発明の詳細な説明の欄補正の内
容 1、明細書第2頁第15行の[Bui −TuongP
houg J  を[ブイ トング フォング ′ イ
ルミナーシ冒ンフォー コンピューター ジェネレイテ
ィッド ピクチャース゛“コミュニケイションズオプエ
シーエム、18(6)、シュン1985、pp、311
〜317゜ ジェイ、ディー、フォリー、ニー、パンダム、#フォウ
ンドメンタルズオプインタラクティブコンピューター 
グラフィックス“、アディソン ウェスリイ パプリッ
シュイング カンパニー。 ジェイムズエフ、プリイン、′七デルス オプ ライド
 リフレクション フォー コンピュータ シンセサイ
ズド ピクチャーズ、ジググラフ ’77  フロシー
ディング、(」と補正する。 2、明細書第3頁第3行の「Proceeding J
を「P raceed ing ) Jと補正する。 3、FJA細書第3頁第4行の[J、 D、Foly 
Jを[ジェイ、ディー、フォリ−(J、D、Foly 
) Jと補正する。 4、明細書第3頁第6行の[B11nnJを「プリイi
’(Blinn)Jと補正する。 5、明細書8g9頁第9行の「F’olyJを[7オリ
一1Fory)」と補正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、三次元図形の表示にあたり、表示近似多面体の頂点
    の輝度を頂点の法線方向と光源方向と視点方向との相互
    関係を表わすベクトルの内積の関数として算定した頂点
    の輝度から、表示近似多面体を構成する面の各点の輝度
    を補間にて求めてシエーデイングを行う図形処理装置に
    おいて、 該頂点の法線方向により表裏の判定を行なう手段と、該
    判定手段の判定結果に基づき表面又は裏面の輝度を出力
    する手段とを有することを特徴とする図形シエーデイン
    グ装置。 2、第1項において、該輝度を出力する手段は、光の反
    射モデルによつて予め計算した表裏輝度のデータの組を
    保持したテーブルであることを特徴とする図形シエーデ
    イング装置。 3、第1項において、該輝度を出力する手段は、前記ベ
    クトル内積に基づいて検索され、予想される一連のベク
    トル内積に対応して予め計算された一連の輝度データを
    保持するテーブルであることを特徴とする図形シエーデ
    イング装置。
JP22392284A 1984-10-26 1984-10-26 図形シエ−デイング装置 Granted JPS61103277A (ja)

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JPH0527154B2 JPH0527154B2 (ja) 1993-04-20

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61239372A (ja) * 1985-04-16 1986-10-24 Fanuc Ltd 面の表裏識別方法
JPH01120685A (ja) * 1987-07-27 1989-05-12 Sun Microsyst Inc 図形オブジェクトのシェーディング値生成装置およびその方法
US6081274A (en) * 1996-09-02 2000-06-27 Ricoh Company, Ltd. Shading processing device

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